DE112016004105T5 - Numerische Steuervorrichtung - Google Patents

Abstract

Eine numerische Steuervorrichtung ist geliefert, die zum Positionieren einer Werkzeugspitzenposition in einem dreidimensionalen Raum mit hoher Genauigkeit fähig ist. Eine numerische Steuervorrichtung (1) enthält einen Positionskompensator (5) und einen Fehlerdatenspeicher (10). Der Fehlerdatenspeicher (10) speichert in demselben Fehlerdaten in Bezug auf Winkelfehler (Eax, Eay, Eaz) um eine X-Achse herum, Winkelfehler (Ebx, Eby, Ebz) um eine Y-Achse herum und Winkelfehler (Ecx, Ecy, Ecz) um eine Z-Achse herum in den X-, Y- und Z-Achsen. Der Positionskompensator (5) berechnet basierend auf befohlenen Positionen (Ix, Iy, Iz), den Fehlerdaten und Werkzeuglängendaten für ein zu verwendendes Werkzeug Modifikationsbeträge (Mx, My, Mz), die gemäß der Werkzeuglänge variieren, modifiziert Kompensationsbeträge (Cx, Cy, Cz) für die befohlenen Positionen (Ix, Iy, Iz) und kompensiert die befohlenen Positionen (Ix, Iy, Iz) mit den modifizierten Kompensationsbeträgen.

Description

• Technisches Gebiet
• Die vorliegende Erfindung betrifft eine numerische Steuervorrichtung zum numerischen Steuern der Vorschubachsen bei einer Werkzeugmaschine, die Vorschubachsen für eine Z-Achse, die sich entlang einer Achse einer Spindel erstreckt, und eine X-Achse und eine Y-Achse, die zu der Z-Achse orthogonal und zueinander orthogonal sind, enthält.
• Hintergrund der Erfindung
• Herkömmlich werden Positionierungsfehler in den Vorschubachsen für die X-Achse, Y-Achse und Z-Achse, eine Geradheit der Vorschubachsen und ein Orientierungsfehler in einem dreidimensionalen Raum der Spindel als Bewegungsfehler-Faktoren für die Werkzeugmaschine betrachtet und zum Kompensieren solcher Bewegungsfehler wurde eine numerische Steuervorrichtung vorgeschlagen, die in der japanischen ungeprüften Patentanmeldung mit der Veröffentlichungsnummer H8-152909 (unten aufgelistete Patentliteratur 1) offenbart ist.
• Diese numerische Steuervorrichtung, die in der Patentliteratur 1 offenbart ist, enthält eine Einrichtung zum Speichern eines Gitterpunkt-Kompensationsvektors, die in derselben Gitterpunkt-Kompensationsvektoren speichert, die zuvor an Gitterpunkten eines Gitterbereiches, der aus dem Unterteilen eines Koordinatensystems resultiert, mit einem bestimmten Intervall in jeder Koordinatenachsenrichtung gemessen werden, eine Interpolationseinrichtung, die einen Interpolationsimpuls für jede Vorschubachse gemäß einem Bewegungsbefehl ausgibt, eine Ist-Positions-Erkennungseinrichtung, die eine Ist-Position in jeder Vorschubachse durch Addieren des Interpolationsimpulses erkennt, eine Einrichtung zum Berechnen eines Ist-Positions-Kompensationsvektors, die einen Ist-Positions-Kompensationsvektor an der Ist-Position basierend auf den Gitterpunkt-Kompensationsvektoren berechnet, eine Einrichtung zum Ausgeben eines Kompensationsimpulses, die den Ist-Positions-Kompensationsvektor mit einem Ausgangspunkt-Kompensationsvektor für eine vorherige Ist-Position vor der Interpolation vergleicht und eine Änderungsmenge als Kompensationsimpuls ausgibt, und eine Addiereinrichtung, die den Kompensationsimpuls zu dem Interpolationsimpuls addiert.
• Bei dieser numerischen Steuervorrichtung wird jedes Mal, wenn der Interpolationsimpuls ausgegeben wird, ein dreidimensionaler Kompensationsvektor an der Ist-Position berechnet und der berechnete dreidimensionale Kompensationsvektor als ein Kompensationsimpuls zu dem Interpolationsimpuls addiert. Daher kann ein Positionsfehler in einem dreidimensionalen Raum, der durch ein mechanisches System verursacht wird, durch eine Einzelinterpolations-Fehlerkompensationsfunktion kompensiert werden.
• Man beachte, dass der Gitterpunkt-Kompensationsvektor an jedem Gitterpunkt des Gitterbereiches durch Messen eines Positionierungsfehlers in einem dreidimensionalen Raum einer Bezugsposition beim Steuern der Positionierung der Vorschubachsen mit einem bestimmten Intervall erhalten wird, wobei die Bezugsposition gegebenenfalls auf der Achse der Spindel festgelegt wird. Ferner wird die Messung üblicherweise mit einem Laserinterferometer, einer Laser-Längenmessvorrichtung, einem Autokollimator oder dergleichen ausgeführt. Des Weiteren wird die Bezugsposition üblicherweise an beispielsweise einer Position, an der sich die Achse der Spindel mit einer vorderen Endfläche der Spindel schneidet, oder einer Position festgelegt, die sich um eine vorbestimmte Distanz vor der vorderen Endfläche der Spindel auf der Achse der Spindel befindet, wobei die Bezugsposition gegebenenfalls in Abhängigkeit von dem Messverfahren bestimmt wird.
• Im Übrigen ist eine befohlene Position, die in einem Bearbeitungsprogramm befohlen wird, üblicherweise für einen Bearbeitungspunkt, das heißt eine Werkzeugspitzenposition auf der Achse der Spindel, vorgesehen. Daher ist es bei der Positionierungssteuerung durch eine numerische Steuervorrichtung erforderlich, eine Differenz (Änderung) der Werkzeugspitzenposition gemäß einer Länge eines zu verwendenden Werkzeuges zu kompensieren. Um solch eine Kompensation zu erzielen, war es herkömmlich üblich, dass eine Länge von der Bezugsposition zu einer Werkzeugspitze als Werkzeugversatzmenge bezeichnet wird, eine Werkzeugversatzmenge im Vorfeld für jedes Werkzeug festgelegt wird und die befohlene Position gemäß einem zu verwendenden Werkzeug um die Werkzeugversatzmenge für das Werkzeug in Z-Achsen-Richtung versetzt wird, die sich entlang einer Längserstreckung des Werkzeuges erstreckt.
• Beispielsweise wird, wie in 10 gezeigt, bei Betrachtung in einer Ebene, die durch die X-Achse und die Z-Achse definiert ist, wobei die Länge von der Bezugsposition R zu der Werkzeugspitze Tt, das heißt die Werkzeugversatzmenge, durch L dargestellt ist, eine befohlene Position P₁(x₁, z₁) in einem Bearbeitungsprogramm um die Werkzeugversatzmenge L in Plus-Z-Achsen-Richtung versetzt, die sich entlang einer Längserstreckung des Werkzeuges erstreckt, was dadurch zu einer Position P₁' (x₁', z₁') führt. $${\text{x}}_{\text{1}}\text{'}={\text{x}}_{\text{1}}$$

  

  $${\text{z}}_{\text{1}}\text{'}={\text{z}}_{\text{1}}+\text{L}$$

  
• Man beachte, dass 10 zum Zwecke der einfachen Erläuterung eine Beziehung in einer zweidimensionalen Ebene zeigt, die durch die X-Achse und die Z-Achse definiert ist. In diesem Zusammenhang werden in dieser zweidimensionalen Ebene Bewegungsfehler in Bezug auf die Bezugsposition R gemessen. Wenn sich die Bezugsposition R an der Position P₁"(x₁", z₁") in Bezug auf die Versatzposition P₁'(x₁', z₁') in dieser Ebene befindet, die durch die X-Achse und die Z-Achse definiert ist, werden folglich Kompensationswerte Cx₁, Cz₁ zum Kompensieren der Positionierungsfehler wie folgt berechnet: $${\text{Cx}}_{\text{1}}={\text{x}}_{\text{1}}\text{'}-{\text{x}}_{\text{1}}\text{"}\mathrm{=}{\text{x}}_1-{\text{x}}_{\text{1}}\text{";}$$

  

  und $${\text{Cz}}_{\text{1}}={\text{z}}_{\text{1}}\text{'}-{\text{z}}_{\text{1}}\text{"}={\text{z}}_{\text{1}}+\text{L}-{\text{z}}_{\text{1}}\text{"}\text{.}$$

  
• Entgegenhaltungsliste
• Patentliteratur
• Patentliteratur 1: Japanische ungeprüfte Patentanmeldung mit der Veröffentlichungsnummer H8-152909
• Zusammenfassung der Erfindung
• Technisches Problem
• Zwar ist die oben beschriebene, herkömmliche numerische Steuervorrichtung zum Kompensieren von Fehlern, wie beispielsweise Positionierungsfehler in den Vorschubachsen, eine Geradheit der Vorschubachsen und ein Orientierungsfehler in einem dreidimensionalen Raum der Spindel, fähig, aber dieselbe ist jedoch nur von einem Werkzeugversatz in der Z-Achsen-Richtung basierend auf einer Werkzeuglänge zur Kompensation von Positionierungsfehlern abhängig, die durch eine Werkzeuglänge verursacht werden. In dieser Hinsicht weist diese numerische Steuervorrichtung daher ein Problem auf, dass dieselbe keine akkurate Positionierung ausführen kann.
• Ähnlich der 10 zeigt 11 eine Beziehung in einer zweidimensionalen Ebene, die durch die X-Achse und die Z-Achse definiert ist, zum Zwecke der leichten Erläuterung. Wie in 11 gezeigt, wird, wenn ein Fehler in der Orientierung der Spindel S vorliegt und die Spindel S daher um einen Winkel θ in Bezug auf die Z-Achse gekippt ist, die Werkzeugspitzenposition Tt um L·sinθ in X-Achsen-Richtung und um L·(1-cosθ) in Z-Achsen-Richtung von der Position derselben verschoben, die in 10 gezeigt ist.
• Daher kann keine akkurate Positionierung der Werkzeugspitze Tt ohne Kompensieren dieser Verschiebungsmengen erzielt werden. Mit anderen Worten ist es zum Erzielen einer hochgenauen Positionierung der Werkzeugspitze Tt erforderlich, solche Fehler zu kompensieren, die durch eine Werkzeuglänge verursacht werden. Die oben beschriebene, herkömmliche numerische Steuervorrichtung ist jedoch nicht fähig, solche Positionierungsfehler zu kompensieren, die durch eine Werkzeuglänge verursacht werden.
• Die vorliegende Erfindung wurde in Anbetracht der oben beschriebenen Umstände erzielt und eine Aufgabe derselben ist, eine numerische Steuervorrichtung zu liefern, die zum Positionieren einer Spitzenposition eines an einer Spindel angebrachten Werkzeuges in einem dreidimensionalen Raum mit einer höheren Genauigkeit fähig ist.
• Lösung des Problems
• Die vorliegende Erfindung zum Lösen des oben beschriebenen Problems betrifft eine numerische Steuervorrichtung zum numerischen Steuern der Vorschubachsen bei einer Werkzeugmaschine, die eine Spindel, die ein Werkzeug hält, und Vorschubachsen enthält, die Bezugsachsen entsprechen: eine Z-Achse, die sich entlang einer Achse der Spindel erstreckt, und eine X-Achse und eine Y-Achse, die zu der Z-Achse orthogonal und zueinander orthogonal sind,
  wobei die numerische Steuervorrichtung Folgendes enthält:
• einen Fehlerdatenspeicher, der in demselben Fehlerdaten speichert, die Komponenten bezüglich Winkelfehler Eax, Eay, Eaz um die X-Achse herum in den Vorschubachsen, Winkelfehler Ebx, Eby, Ebz um die Y-Achse herum in den Vorschubachsen und Winkelfehler Ecx, Ecy, Ecz um die Z-Achse herum in den Vorschubachsen enthalten; und
• einen Positionskompensator, der befohlene Positionen Ix, Iy, Iz für die Vorschubachsen mit Kompensationsbeträgen Cx, Cy, Cz kompensiert, die den befohlenen Positionen Ix, Iy, Iz entsprechen,
• wobei der Positionskompensator ferner konfiguriert ist, um basierend auf den befohlenen Positionen Ix, Iy, Iz für die Vorschubachsen, den in dem Fehlerdatenspeicher gespeicherten Fehlerdaten und Daten über eine Werkzeuglänge eines zur Bearbeitung zu verwendenden Werkzeuges Modifikationsbeträge Mx, My, Mz für die Kompensationsbeträge Cx, Cy, Cz für die Vorschubachsen gemäß nachstehenden Gleichungen zu berechnen und die Kompensationsbeträge Cx, Cy, Cz mit den berechneten Modifikationsbeträgen Mx, My, Mz zu modifizieren, wobei die Modifikationsbeträge Mx, My, Mz gemäß der Werkzeuglänge variieren: $$\text{Mx}=-\left(\text{Ecx}+\text{Ecy}+\text{Ecz}\right)\cdot \text{Ly}+\left(\text{Ebx}+\text{Eby}+\text{Ebz}\right)\cdot \text{Lz;}$$
  
  $$\text{My}=-\left(\text{Eax}+\text{Eay}+\text{Eaz}\right)\cdot \text{Lz}+\left(\text{Ecx}+\text{Ecy}+\text{Ecz}\right)\cdot \text{Lx;}$$
  
  $$\text{Mz}=-\left(\text{Ebx}+\text{Eby}+\text{Ebz}\right)\cdot \text{Lx}+\left(\text{Eax}+\text{Eay}+\text{Eaz}\right)\cdot \text{Ly}\text{.}$$
  
• In den Gleichungen sind Lx, Ly und Lz Abweichungen von einer vorbestimmten Bezugsposition einer Spitzenposition eines Werkzeuges, das an der Spindel der Werkzeugmaschine angebracht ist, wobei Lx eine Abweichung in X-Achsen-Richtung ist, Ly eine Abweichung in Y-Achsen-Richtung ist und Lz eine Abweichung in Z-Achsen-Richtung ist.
• Man beachte, dass in allen Gleichungen zum Berechnen von Mx, My, Mz gemäß den positiven/negativen Richtungen der X-Achse, Y-Achse und Z-Achse jeweils bestimmt wird, ob der erste Term positiv oder negativ ist und ob der zweite Term positiv oder negativ ist.
• Bei der numerischen Steuervorrichtung nach der vorliegenden Erfindung kompensiert der Positionskompensator befohlene Positionen Ix, Iy, Iz für die X-Achse, Y-Achse und Z-Achse mit Kompensationsbeträgen (Kompensationsbeträgen zum Kompensieren von Bewegungsfehlern in einem dreidimensionalen Raum der Werkzeugmaschine) Cx, Cy, Cz, die den befohlenen Positionen Ix, Iy, Iz entsprechen. Solch eine Kompensation kompensiert Bewegungsfehler in einem dreidimensionalen Raum der Werkzeugmaschine mit hoher Genauigkeit.
• Ferner berechnet der Positionskompensator basierend auf den befohlenen Positionen Ix, Iy, Iz für die Vorschubachsen, den in dem Fehlerdatenspeicher gespeicherten Fehlerdaten und Daten über eine Werkzeuglänge eines zur Bearbeitung zu verwendenden Werkzeuges Modifikationsbeträge Mx, My, Mz, die gemäß der Werkzeuglänge variieren, für die Kompensationsbeträge Cx, Cy, Cz für die Vorschubachsen und modifiziert die Kompensationsbeträge Cx, Cy, Cz mit den berechneten Modifikationsbeträgen Mx, My, Mz. Man beachte, dass die Modifikationsbeträge Mx, My, Mz einen Positionsfehler einer Werkzeugspitze kompensieren, der durch einen Orientierungsfehler in einem dreidimensionalen Raum der Spindel verursacht wird und gemäß der Werkzeuglänge auftritt.
• Folglich ist die numerische Steuervorrichtung nach der vorliegenden Erfindung zum Kompensieren von Bewegungsfehlern in einem dreidimensionalen Raum der Werkzeugmaschine und Kompensieren eines Positionsfehlers einer Werkzeugspitze fähig, der gemäß einem Orientierungsfehler der Spindel und der Werkzeuglänge auftritt; daher ist die numerische Steuervorrichtung zum Steuern einer Positionierung einer Werkzeugspitzenposition in einem dreidimensionalen Raum mit einer höheren Genauigkeit als die herkömmliche Technik fähig.
• Die numerische Steuervorrichtung nach der vorliegenden Erfindung kann ferner einen Werkzeuglängen-Datenspeicher enthalten, der in demselben Daten speichert, die gemäß der Werkzeuglänge des zur Bearbeitung zu verwendenden Werkzeuges variieren, und der Positionskompensator kann zum Berechnen der Modifikationsbeträge Mx, My, Mz basierend auf den in dem Werkzeuglängen-Datenspeicher gespeicherten Daten konfiguriert sein.
• Der Werkzeuglängen-Datenspeicher kann ferner konfiguriert sein, um in demselben eine Werkzeugversatzmenge zum Versetzen der befohlenen Positionen Ix, Iy, Iz gemäß der Werkzeuglänge zu speichern.
• Vorteilhafte Effekte der Erfindung
• Wie oben beschrieben wurde, ist die vorliegende Erfindung zum Kompensieren von Bewegungsfehlern in einem dreidimensionalen Raum einer Werkzeugmaschine und Kompensieren eines Positionsfehlers einer Werkzeugspitze, der gemäß einem Orientierungsfehler einer Spindel und der Werkzeuglänge auftritt, fähig; daher kann die vorliegende Erfindung eine Positionierung einer Werkzeugspitzenposition in einem dreidimensionalen Raum mit einer höheren Genauigkeit als die herkömmliche Technik steuern.
• Figurenliste
• 1 ist ein Blockdiagramm, das eine schematische Konfiguration einer numerischen Steuervorrichtung nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
• 2 ist eine Veranschaulichung zum Erläutern einer Werkzeugmaschine und Messung der Bewegungsfehler derselben;
• 3 zeigt Graphen, die gemessene Bewegungsfehler zeigen;
• 4 zeigt Graphen, die gemessene Bewegungsfehler zeigen;
• 5 zeigt Graphen, die gemessene Bewegungsfehler zeigen;
• 6 ist eine Veranschaulichung, die Bewegungsfehler an Gitterpunkten eines Bewegungsbereiches der Werkzeugmaschine zeigen, der in ein gitterähnliches Muster unterteilt ist;
• 7 ist eine Veranschaulichung, die Bewegungsfehler an Gitterpunkten des Bewegungsbereiches der Werkzeugmaschine zeigt, der in das gitterähnliche Muster unterteilt ist;
• 8 ist eine Veranschaulichung, die Bewegungsfehler an Gitterpunkten des Bewegungsbereiches der Werkzeugmaschine zeigt, der in das gitterähnliche Muster unterteilt ist;
• 9 ist eine Veranschaulichung zum Erläutern einer Berechnung von Kompensationsbeträgen für Bewegungsfehler;
• 10 ist eine Veranschaulichung zum Erläutern eines herkömmlichen Problems; und
• 11 ist eine Veranschaulichung zum Erläutern des herkömmlichen Problems.
• Beschreibung der Ausführungsformen
• Nachstehend wird eine spezifische Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in Bezug auf die Zeichnungen beschrieben werden. 1 zeigt eine schematische Konfiguration einer numerischen Steuervorrichtung nach der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung und 2 zeigt ein Beispiel einer Werkzeugmaschine, die durch die numerische Steuervorrichtung zu steuern ist.
• Wie in 2 gezeigt, besteht die Werkzeugmaschine 50 bei dieser Ausführungsform aus einem Bett 51 mit einer Werkstück-Platzierungsfläche (sogenannter Tisch) auf einer Oberseite derselben, einem Portalrahmen 52 und einem Schlitten 53. Der Rahmen 52 ist derart angeordnet, dass ein horizontaler Abschnitt desselben über dem Bett 51 positioniert ist und zwei vertikale Abschnitte desselben mit Seitenabschnitten des Bettes 51 in Eingriff gebracht sind, um zu ermöglichen, dass sich der Rahmen 52 als Ganzes in Richtung einer Y-Achse bewegt. Der Schlitten 53 ist mit dem horizontalen Abschnitt des Rahmens 52 in Eingriff gebracht und ist konfiguriert, um in eine Richtung einer X-Achse entlang dem horizontalen Abschnitt des Rahmens 52 beweglich zu sein. Ferner wird eine Spindel 54 durch den Schlitten 53 in einer Weise gehalten, um in eine Richtung einer Z-Achse beweglich und um eine Achse parallel zu der Z-Achse herum drehbar zu sein.
• Die X-Achse, die Y-Achse und die Z-Achse sind Bezugsachsen, die zueinander orthogonal sind, und Vorschubachsen, die den Bezugsachsen entsprechen, bestehen jeweils aus einer X-Achsen-Vorschubeinrichtung 55, einer Y-Achsen-Vorschubeinrichtung 56 und einer Z-Achsen-Vorschubeinrichtung 57, die in 1 gezeigt sind. Man beachte, dass die X-Achsen-Vorschubeinrichtung 55 eine Kugelumlaufspindel (nicht gezeigt), eine Kugelmutter (nicht gezeigt) und einen X-Achsen-Servomotor 55a enthält, der die Kugelumlaufspindel (nicht gezeigt) antreibt, und den Schlitten 53 in X-Achsen-Richtung bewegt.
• Die Y-Achsen-Vorschubeinrichtung 56 enthält ähnlich eine Kugelumlaufspindel (nicht gezeigt), eine Kugelmutter (nicht gezeigt) und einen Y-Achsen-Servomotor 56a, der die Kugelumlaufspindel (nicht gezeigt) antreibt, und bewegt den Rahmen 52 in Y-Achsen-Richtung.
• Ferner enthält die Z-Achsen-Vorschubeinrichtung 57 auch ähnlich eine Kugelumlaufspindel (nicht gezeigt), eine Kugelmutter (nicht gezeigt) und einen Z-Achsen-Servomotor 57a, der die Kugelumlaufspindel (nicht gezeigt) antreibt, und bewegt die Spindel 54 in Z-Achsen-Richtung.
• Wie in 1 gezeigt, ist die numerische Steuervorrichtung 1 nach dieser Ausführungsform konfiguriert, um die folgenden funktionalen Einheiten zu enthalten: einen Programmspeicher 2, einen Programmanalysator 3, eine Positionsbefehlseinrichtung 4, einen Positionskompensator 5, einen Werkzeugversatzspeicher 9, einen Fehlerdatenspeicher 10, eine X-Achsen-Steuerung 11, eine Y-Achsen-Steuerung 12 und eine Z-Achsen-Steuerung 13.
• Der Programmspeicher 2 ist eine funktionale Einheit, die in derselben Bearbeitungsprogramme zum Ausführen einer Bearbeitung mit der Werkzeugmaschine 50 speichert. Man beachte, dass die Bearbeitungsprogramme Befehle in Bezug auf Bewegungspositionen und Vorschubgeschwindigkeiten für die Vorschubachsen, d.h. die X-Achsen-Vorschubeinrichtung 55, die Y-Achsen-Vorschubeinrichtung 56 und die Z-Achsen-Vorschubeinrichtung 57, Befehle in Bezug auf eine Drehung der Spindel 54, eine Werkzeugnummer eines zu verwendenden Werkzeuges etc. enthalten.
• Der Werkzeugversatzspeicher 9 ist eine funktionale Einheit, die in derselben Versatzmengen für eine Vielzahl von Werkzeugen speichert, die zur Bearbeitung zu verwenden sind, wobei die Versatzmenge für jedes Werkzeug basierend auf einer Werkzeuglänge desselben bestimmt wird. Man beachte, dass, wie insbesondere in 10 gezeigt, die Werkzeugversatzmenge bei dieser Ausführungsform als eine Distanz L von einer Bezugsposition R, die auf einer Achse einer Spindel S (entspricht der Spindel 54 bei dieser Ausführungsform) festgelegt ist, zu einer Spitze Tt eines Werkzeuges T definiert ist. Obwohl nicht speziell in 2 gezeigt, weist die Werkzeugmaschine 50 ferner ein Werkzeugmagazin und einen Werkzeugwechsler auf, die an derselben angebracht sind, wobei das Werkzeugmagazin eine Vielzahl von Werkzeugen in demselben unterbringt und der Werkzeugwechsler ein in dem Werkzeugmagazin untergebrachtes Werkzeug an der Spindel 54 anbringt. Bei Ausführung eines der Bearbeitungsprogramme wird ein in dem Bearbeitungsprogramm befohlenes Werkzeug an der Spindel 54 durch den Werkzeugwechsler angebracht.
• Der Fehlerdatenspeicher 10 ist eine funktionale Einheit, die in derselben Fehlerdaten in Bezug auf Positionierungsfehler Exx, Eyy, Ezz in den X-Achsen-, Y-Achsen- und Z-Achsen-Richtungen in der X-Achsen-Vorschubeinrichtung 55, Y-Achsen-Vorschubeinrichtung 56 und Z-Achsen-Vorschubeinrichtung 57, Geradheitsfehler Eyx, Ezx, Exy, Ezy, Exz, Eyz in der X-Achsen-Vorschubeinrichtung 55, Y-Achsen-Vorschubeinrichtung 56 und der Z-Achsen-Vorschubeinrichtung 57, Winkelfehler Eax, Eay, Eaz um die X-Achse herum in der X-Achsen-Vorschubeinrichtung 55, Y-Achsen-Vorschubeinrichtung 56 und Z-Achsen-Vorschubeinrichtung 57, Winkelfehler Ebx, Eby, Ebz um die Y-Achse herum in der X-Achsen-Vorschubeinrichtung 55, Y-Achsen-Vorschubeinrichtung 56 und Z-Achsen-Vorschubeinrichtung 57 und Winkelfehler Ecx, Ecy, Ecz um die Z-Achse herum in der X-Achsen-Vorschubeinrichtung 55, Y-Achsen-Vorschubeinrichtung 56 und Z-Achsen-Vorschubeinrichtung 57 speichert.
• Genauer sind die oben erwähnten Fehler wie folgt definiert:
• Exx: ein Positionierungsfehler in der X-Achsen-Richtung in der X-Achsen-Vorschubeinrichtung 55;
• Eyy: ein Positionierungsfehler in der Y-Achsen-Richtung in der Y-Achsen-Vorschubeinrichtung 56;
• Ezz: ein Positionierungsfehler in der Z-Achsen-Richtung in der Z-Achsen-Vorschubeinrichtung 57;
• Eyx: ein Geradheitsfehler in einer Ebene, die durch die X-Achse und die Y-Achse definiert ist, in der X-Achsen-Vorschubeinrichtung 55;
• Ezx: ein Geradheitsfehler in einer Ebene, die durch die X-Achse und die Z-Achse definiert ist, in der X-Achsen-Vorschubeinrichtung 55;
• Exy: ein Geradheitsfehler in einer Ebene, die durch die Y-Achse und die X-Achse definiert ist, in der Y-Achsen-Vorschubeinrichtung 56;
• Ezy: ein Geradheitsfehler in einer Ebene, die durch die Y-Achse und die Z-Achse definiert ist, in der Y-Achsen-Vorschubeinrichtung 56;
• Exz: ein Geradheitsfehler in einer Ebene, die durch die Z-Achse und die X-Achse definiert ist, in der Z-Achsen-Vorschubeinrichtung 57;
• Eyz: ein Geradheitsfehler in einer Ebene, die durch die Z-Achse und die Y-Achse definiert ist, in der Z-Achsen-Vorschubeinrichtung 57;
• Eax: ein Winkelfehler um die X-Achse herum in der X-Achsen-Vorschubeinrichtung 55;
• Eay: ein Winkelfehler um die X-Achse herum in der Y-Achsen-Vorschubeinrichtung 56;
• Eaz: ein Winkelfehler um die X-Achse herum in der Z-Achsen-Vorschubeinrichtung 57;
• Ebx: ein Winkelfehler um die Y-Achse herum in der X-Achsen-Vorschubeinrichtung 55;
• Eby: ein Winkelfehler um die Y-Achse herum in der Y-Achsen-Vorschubeinrichtung 56;
• Ebz: ein Winkelfehler um die Y-Achse herum in der Z-Achsen-Vorschubeinrichtung 57;
• Ecx: ein Winkelfehler um die Z-Achse herum in der X-Achsen-Vorschubeinrichtung 55;
• Ecy: ein Winkelfehler um die Z-Achse herum in der Y-Achsen-Vorschubeinrichtung 56; und
• Ecz: ein Winkelfehler um die Z-Achse herum in der Z-Achsen-Vorschubeinrichtung 57.
• Die obigen Fehler können beispielsweise aus Ergebnissen der Messung unter Verwendung einer Laser-Längenmessvorrichtung 101 erhalten werden, die in 2 gezeigt ist. In einem Zustand, in dem die Laser-Längenmessvorrichtung 101 auf dem Bett 51 angeordnet ist und ein Spiegel 102 an der Spindel 54 angebracht ist, wird insbesondere das Positionieren von jeweils der X-Achsen-Vorschubeinrichtung 55, Y-Achsen-Vorschubeinrichtung 56 und Z-Achsen-Vorschubeinrichtung 57 mit einem bestimmten Intervall gesteuert, um den Spiegel 102 an jedem Gitterpunkt eines dreidimensionalen Raumes, der in ein gitterähnliches Muster unterteilt ist, mit dem bestimmten Intervall zu positionieren, und an jedem Gitterpunkt ein Laserstrahl von der Laser-Längenmessvorrichtung 101 zu dem Spiegel 102 ausgestrahlt und ein reflektiertes Licht des Laserstahls durch die Laser-Längenmessvorrichtung 101 empfangen, wodurch die Distanz zwischen der Laser-Längenmessvorrichtung 101 und dem Spiegel 102 durch die Laser-Längenmessvorrichtung 101 gemessen wird.
• Anschließend wird die Laser-Längenmessvorrichtung 101 an zwei oder mehr anderen verschiedenen Stellen (beispielsweise die in 2 durch gestrichelte Linien angezeigten Stellen) angeordnet und der Spiegel 102 an einer Position angeordnet, die sich von der Position desselben bei der obigen Messung in Bezug auf die Laser-Längenmessvorrichtung 101 an zumindest einer der verschiedenen Stellen unterscheidet, in welchem Zustand ähnlich zu der obigen Messung der Spiegel 102 an jedem Gitterpunkt des dreidimensionalen Raumes positioniert wird und die Distanz zwischen der Laser-Längenmessvorrichtung 101 und dem Spiegel 102 durch die Laser-Längenmessvorrichtung 101 an jedem Gitterpunkt gemessen wird.
• Die Position des Spiegels 102 an jedem Gitterpunkt des dreidimensionalen Raumes wird gemäß dem Prinzip der Triangulation basierend auf den Messdaten berechnet, die in der oben beschriebenen Weise erhalten werden, und basierend auf den berechneten Positionsdaten und einer Analyse der Positionsdaten werden die oben erwähnten Fehler erhalten. Man beachte, dass eine Position der Positionen des Spiegels 102 eine Bezugsposition (entspricht der in den 10 und 11 gezeigten Bezugsposition R) ist, die auf der Achse der Spindel 54 festgelegt ist.
• Beispiele der Positionsdaten (Positionierungsfehler, gleiches gilt nachstehend) des Spiegels 102 an den Gitterpunkten, die in der oben beschriebenen Weise erhalten werden, sind in den 6 bis 8 gezeigt. 6 zeigt die Positionsdaten an Gitterpunkten in einer X-Z-Ebene, 7 zeigt die Positionsdaten an Gitterpunkten in einer Y-Z-Ebene und 8 zeigt die Positionsdaten an Gitterpunkten in einer X-Y-Ebene. Ferner sind die obigen Fehler, die aus diesen Positionsdaten erhalten werden, in den 3 bis 5 gezeigt. 3 zeigt die Fehler in der X-Achsen-Vorschubeinrichtung 55, 4 zeigt die Fehler in der Y-Achsen-Vorschubeinrichtung 56 und 5 zeigt die Fehler in der Z-Achsen-Vorschubeinrichtung 57. Der Fehlerdatenspeicher 10 speichert solche Fehlerdaten in demselben.
• Der Programmanalysator 3 ist eine funktionale Einheit, die ein Bearbeitungsprogramm ausliest, das in dem Programmspeicher 2 gespeichert ist, und das Bearbeitungsprogramm ausführt. Der Programmanalysator 3 erkennt Operationsbefehle, die in dem Bearbeitungsprogramm enthalten sind, und überträgt die erkannten Operationsbefehle zu der Positionsbefehlseinrichtung 4. Die in dem Bearbeitungsprogramm enthaltenen Operationsbefehle enthalten zumindest Befehle in Bezug auf Bewegungspositionen und Vorschubgeschwindigkeiten in Richtungen der Vorschubachsen, d.h. der X-Achsen-Vorschubeinrichtung 55, der Y-Achsen-Vorschubeinrichtung 56 und der Z-Achsen-Vorschubeinrichtung 57.
• Die Positionsbefehlseinrichtung 4 generiert einen Positionsbefehl in Bezug auf ein sogenanntes Maschinen-Koordinatensystem für jeweils die X-Achsen-Vorschubeinrichtung 55, Y-Achsen-Vorschubeinrichtung 56 und Z-Achsen-Vorschubeinrichtung 57 basierend auf den Operationsbefehlen für dieselben, die von dem Programmanalysator 3 empfangen wurden. Bei diesem Prozess generiert die Positionsbefehlseinrichtung 4 basierend auf einer Werkzeugversatzmenge für ein Ist-Werkzeug, das zu verwenden ist, der in dem Werkzeugversatzspeicher 58 gespeicherten Werkzeugversatzmengen Positionsbefehle unter Berücksichtigung der Werkzeugversatzmenge, das heißt, Positionsbefehle, bei welchen die befohlenen Positionen durch die Werkzeugversatzmenge in Z-Achsen-Richtung versetzt wurden. Man beachte, dass die Signifikanz dieses Werkzeugversatzes oben basierend auf 10 beschrieben ist.
• Danach überträgt die Positionsbefehlseinrichtung 4 den somit generierten Positionsbefehl Ix (nachstehend auch als „befohlene Position Ix“ bezeichnet) für die X-Achsen-Vorschubeinrichtung 55 zu der X-Achsen-Steuerung 11, den Positionsbefehl Iy (nachstehend auch als „befohlene Position Iy“ bezeichnet) für die Y-Achsen-Vorschubeinrichtung 57 zu der Y-Achsen-Steuerung 12 und den Positionsbefehl Iz (nachstehend auch als „befohlene Position Iz“ bezeichnet) für die Z-Achsen-Vorschubeinrichtung 57 zu der Z-Achsen-Steuerung 13 und überträgt die Positionsbefehle Ix, Iy, Iz auch zu dem Positionskompensator 5. Wenn die Positionsbefehlseinrichtung 4 Befehle in Bezug auf ein zu verwendendes Werkzeug von dem Programmanalysator 3 empfängt, überträgt die Positionsbefehlseinrichtung 4 ferner die Werkzeuginformationen zu dem Positionskompensator 5.
• Wie in 1 gezeigt, besteht der Positionskompensator 5 aus einer Kompensationsbetrag-Berechnungseinrichtung 6, einer Modifikationsbetrag-Berechnungseinrichtung 7 und einer Berechnungseinrichtung 8 für modifizierte Kompensationsbeträge.
• Die Kompensationsbetrag-Berechnungseinrichtung 6 ist eine funktionale Einheit, die durch Bezugnahme auf die in dem Fehlerdatenspeicher 10 gespeicherten Fehlerdaten basierend auf der befohlenen Position Ix für die X-Achsen-Vorschubeinrichtung 55, der befohlenen Position Iy für die Y-Achsen-Vorschubeinrichtung 56 und der befohlenen Position Iz für die Z-Achsen-Vorschubeinrichtung 57, die von der Positionsbefehlseinrichtung 4 empfangen wurden, Kompensationsbeträge Cx, Cy, Cz für die befohlenen Positionen Ix, Iy, Iz berechnet. In einem Fall, in dem die befohlenen Positionen Ix, Iy, Iz jedem Gitterpunkt entsprechen, verwendet die Kompensationsbetrag-Berechnungseinrichtung 6 insbesondere die Fehlerdaten für den Gitterpunkt, die in dem Fehlerdatenspeicher 10 gespeichert sind, um die Kompensationsbeträge Cx, Cy, Cz zum Kompensieren der Fehler in den X-Achsen-, Y-Achsen- und Z-Achsen-Richtungen zu berechnen.
• In einem Fall, in dem sich eine Position P, die den befohlenen Positionen Ix, Iy, Iz entspricht, zwischen Gitterpunkten P₁ bis P₈ befindet, wie in 9 gezeigt, berechnet die Kompensationsbetrag-Berechnungseinrichtung 6 ferner die Kompensationsbeträge Cx, Cy, Cz gemäß den folgenden Gleichungen.
• $$\begin{array}{c}\text{Cx}={\text{Cx}}_{\text{1}}\cdot \left(1-\text{x}\right)\left(1-\text{y}\right)\left(1-\text{z}\right)+{\text{Cx}}_{\text{2}}\cdot \text{x}\left(1-\text{y}\right)\left(1-\text{z}\right)\\ +{\text{Cx}}_{\text{3}}\cdot \text{xy}\left(1-\text{z}\right)+{\text{Cx}}_{\text{4}}\cdot \left(1-\text{x}\right)\text{y}\left(1-\text{z}\right)\\ +{\text{Cx}}_5\cdot \left(1-\text{x}\right)\left(1-\text{y}\right)\text{z}+{\text{Cx}}_6\cdot \text{x}\left(1-\text{y}\right)\text{z}\\ +{\text{Cx}}_{\text{7}}\cdot \text{xyz}+{\text{Cx}}_{\text{8}}\cdot \left(1-\text{x}\right)\text{yz}\end{array}$$

  
• $$\begin{array}{c}\text{Cy}={\text{Cy}}_{\text{1}}\cdot \left(1-\text{x}\right)\left(1-\text{y}\right)\left(1-\text{z}\right)+{\text{Cy}}_{\text{2}}\cdot \text{x}\left(1-\text{y}\right)\left(1-\text{z}\right)\\ +{\text{Cy}}_{\text{3}}\cdot \text{xy}\left(1-\text{z}\right)+{\text{Cy}}_{\text{4}}\cdot \left(1-\text{x}\right)\text{y}\left(1-\text{z}\right)\\ +{\text{Cy}}_5\cdot \left(1-\text{x}\right)\left(1-\text{y}\right)\text{z}+{\text{Cy}}_6\cdot \text{x}\left(1-\text{y}\right)\text{z}\\ +{\text{Cy}}_{\text{7}}\cdot \text{xyz}+{\text{Cy}}_{\text{8}}\cdot \left(1-\text{x}\right)\text{yz}\end{array}$$

  
• $$\begin{array}{c}\text{Cz}={\text{Cz}}_{\text{1}}\cdot \left(1-\text{x}\right)\left(1-\text{y}\right)\left(1-\text{z}\right)+{\text{Cz}}_{\text{2}}\cdot \text{x}\left(1-\text{y}\right)\left(1-\text{z}\right)\\ +{\text{Cz}}_{\text{3}}\cdot \text{xy}\left(1-\text{z}\right)+{\text{Cz}}_{\text{4}}\cdot \left(1-\text{x}\right)\text{y}\left(1-\text{z}\right)\\ +{\text{Cz}}_5\cdot \left(1-\text{x}\right)\left(1-\text{y}\right)\text{z}+{\text{Cz}}_6\cdot \text{x}\left(1-\text{y}\right)\text{z}\\ +{\text{Cz}}_{\text{7}}\cdot \text{xyz}+{\text{Cz}}_{\text{8}}\cdot \left(1-\text{x}\right)\text{yz}\end{array}$$

  
• In diesen Gleichungen sind x, y, z interne Verhältnisse zwischen Gitterpunkten der Position P und Cx_n, Cy_n und Cz_n Kompensationsbeträge an einem Gitterpunkt P_n (n=1 bis 8).
• Die Modifikationsbetrag-Berechnungseinrichtung 7 ist eine funktionale Einheit, die durch Bezugnahme auf den Werkzeugversatzspeicher 9 basierend auf den Werkzeuginformationen (Informationen über das zu verwendende Werkzeug), die von der Positionsbefehlseinrichtung 4 empfangen werden, die Versatzmenge für das zu verwendende Werkzeug ausliest und basierend auf der ausgelesenen Versatzmenge und den in dem Fehlerdatenspeicher 10 gespeicherten Fehlerdaten Modifikationsbeträge Mx, My, Mz für die in der Kompensationsbetrag-Berechnungseinrichtung berechneten Kompensationsbeträge Cx, Cy, Cz berechnet.
• Die Modifikationsbeträge Mx, My, Mz modifizieren Fehler, die durch einen Orientierungsfehler der Spindel 54 verursacht werden und gemäß einer Werkzeuglänge des zu verwendenden Werkzeuges auftreten; dieselben werden gemäß den folgenden Gleichungen berechnet: $$\text{Mx}=-\left(\text{Ecx}+\text{Ecy}+\text{Ecz}\right)\cdot \text{Ly}+\left(\text{Ebx}+\text{Eby}+\text{Ebz}\right)\cdot \text{Lz;}$$

  

  $$\text{My}=-\left(\text{Eax}+\text{Eay}+\text{Eaz}\right)\cdot \text{Lz}+\left(\text{Ecx}+\text{Ecy}+\text{Ecz}\right)\cdot \text{Lx;}$$

  

  und $$\text{Mz}=-\left(\text{Ebx}+\text{Eby}+\text{Ebz}\right)\cdot \text{Lx}+\left(\text{Eax}+\text{Eay}+\text{Eaz}\right)\cdot \text{Ly}\text{.}$$

  
• In diesen Gleichungen sind Lx, Ly, Lz Abweichungen von einer vorbestimmten Bezugsposition auf der Achse der Spindel einer Spitzenposition eines an der Spindel 54 angebrachten Werkzeuges, wobei Lx eine Abweichung in der X-Achsen-Richtung ist, Ly eine Abweichung in der Y-Achsen-Richtung ist und Lz eine Abweichung in der Z-Achsen-Richtung ist. Die Werkzeugspitzenposition entspricht Tt, das in den 10 und 11 gezeigt ist. Ferner ist die Bezugsposition, wie oben beschrieben wurde, eine Position des Spiegels 102 und entspricht der Position R, die in den 10 und 11 gezeigt ist.
• Wie anhand der 11 erkannt werden kann, ist im Übrigen in einem Fall, in dem die Werkzeugspitzenposition Tt durch eine Abweichung Lz in der Z-Achsen-Richtung von der Bezugsposition R verschoben ist, wenn ein Positionsfehler der Werkzeugspitzenposition Tt, der durch einen Orientierungsfehler der Spindel 54 verursacht wird, in einer Ebene betrachtet wird, die durch die X-Achse und die Z-Achse definiert ist, derselbe in der X-Achsen-Richtung groß, aber in der Z-Achsen-Richtung gering. Ähnlich ist derselbe, wenn in einer Ebene betrachtet, die durch die X-Achse und die Y-Achse definiert ist, in der Y-Achsen-Richtung groß, aber der in Z-Achsen-Richtung gering. Daher wird eine Verschiebung in der Z-Achsen-Richtung (Abweichung Lz) der Werkzeugspitzenposition Tt betrachtet, einen Positionsfehler in erster Linie in der X-Achsen-Richtung und Y-Achsen-Richtung zu verursachen. Ähnlich wird eine Verschiebung in der X-Achsen-Richtung (Abweichung Lx) der Werkzeugspitzenposition Tt betrachtet, einen Positionsfehler in erster Linie in der Y-Achsen-Richtung und Z-Achsen-Richtung zu verursachen, und eine Verschiebung in der Y-Achsen-Richtung (Abweichung Ly) der Werkzeugspitzenposition Tt betrachtet, einen Positionsfehler in erster Linie in der X-Achsen-Richtung und Z-Achsen-Richtung zu verursachen.
• Folglich wird der Positionsfehler in der X-Achsen-Richtung als ein Fehler betrachtet, der gemäß den Abweichungen Ly und Lz variiert, die durch einen Orientierungsfehler der Spindel 54 verursacht werden, und der Modifikationsbetrag Mx zum Kompensieren solch eines Positionsfehlers durch einen Kompensationsterm für Ly und einen Kompensationsterm für Lz berechnet, wie in der obigen Gleichung angegeben ist. Ähnlich wird der Positionsfehler in der Y-Achsen-Richtung als ein Fehler betrachtet, der gemäß den Abweichungen Lx und Lz variiert, die durch einen Orientierungsfehler der Spindel 54 verursacht werden, und der Modifikationsbetrag My zum Kompensieren solch eines Positionsfehlers durch einen Kompensationsterm für Lx und einen Kompensationsterm für Lz berechnet, wie in der obigen Gleichung angegeben ist. Ferner wird der Positionsfehler in der Z-Achsen-Richtung als ein Fehler betrachtet, der gemäß den Abweichungen Lx und Ly variiert, die durch einen Orientierungsfehler der Spindel 54 verursacht werden, und der Modifikationsbetrag Mz zum Kompensieren solch eines Positionsfehlers durch einen Kompensationsterm für Lx und einen Kompensationsterm für Ly berechnet, wie in der obigen Gleichung angegeben.
• Man beachte, dass die obigen Gleichungen Gleichungen zum Berechnen eines Modifikationsbetrags für den Fall sind, in dem die Werkzeugspitzenposition Tt in den X-Achsen-, Y-Achsen- und Z-Achsen-Richtungen von der Bezugsposition R verschoben ist. Eine Konfiguration der Werkzeugmaschine 50, die solch eine Verschiebung der Werkzeugspitzenposition Tt in den X-Achsen-, Y-Achsen- und Z-Achsen-Richtungen von der Bezugsposition R verursacht, ist beispielsweise eine Konfiguration, bei der die Spindel 54 konfiguriert ist, gedreht zu werden. In den obigen Gleichungen gilt hingegen Lx=Ly=0 in einem Fall, in dem sich die Werkzeugspitzenposition auf der Achse der Spindel befindet, wie beispielsweise eine Konfiguration, bei der die Spindel 54 nicht konfiguriert ist, gedreht zu werden. In diesem Fall wird daher eine Modifikation unter Verwendung von nur Mx und My unter Berücksichtigung von nur Lz ausgeführt.
• Ferner werden in dem Fall, in dem die Positionsbefehle Ix, Iy, Iz jedem Gitterpunkt entsprechen, die Fehlerdaten für den Gitterpunkt, die in dem Fehlerdatenspeicher 10 gespeichert sind, auf Eax, Ebx, Ecx, Eay, Eby, Ecy, Eaz, Ebz, Ecz angewandt. In dem Fall, in dem sich die Position P, die den Positionsbefehlen Ix, Iy, Iz entspricht, zwischen Gitterpunkten P₁ bis P₈ befindet, wie in 9 gezeigt, werden Eax, Ebx, Ecx, Eay, Eby, Ecy, Eaz, Ebz, Ecz gemäß den folgenden Gleichungen berechnet.
• $$\text{Eix}={\text{Eix}}_{\text{1}}\cdot \left(1-\text{x}\right)+{\text{Eix}}_{\text{2}}\cdot \text{x}$$

  

  $$\text{Eiy}={\text{Eiy}}_{\text{1}}\cdot \left(1-\text{y}\right)+{\text{Eiy}}_4\cdot \text{y}$$

  

  $$\text{Eiz}={\text{Eiz}}_{\text{1}}\cdot \left(1-\text{z}\right)+{\text{Eiz}}_5\cdot \text{z}$$

  
• In diesen Gleichungen ist i = a, b, c. Ferner sind x, y, z interne Verhältnisse zwischen Gitterpunkten der Position P und Eix_n, Eiy_n und Eiz_n jeweils ein Fehlerbetrag an dem Gitterpunkt P_n (n = 1 bis 8).
• Man beachte, dass in jeder der obigen Gleichungen zum Berechnen von Mx, My, Mz gemäß den positiven/negativen Richtungen der X-Achse, Y-Achse und Z-Achse jeweils bestimmt wird, ob der erste Term positiv oder negativ ist und ob der zweite Term positiv oder negativ ist.
• Die Berechnungseinrichtung 8 für modifizierte Kompensationsbeträge ist eine funktionale Einheit, die modifizierte Kompensationsbeträge Cx', Cy', Cz' für die Positionsbefehle Ix, Iy, Iz basierend auf den Kompensationsbeträgen Cx, Cy, Cz für die Positionsbefehle Ix, Iy, Iz, die durch die Kompensationsbetrag-Berechnungseinrichtung 6 berechnet werden, und den Modifikationsbeträgen Mx, My, Mz für die Positionsbefehle Ix, Iy, Iz berechnet, die durch die Modifikationsbetrag-Berechnungseinrichtung 7 berechnet werden, und die berechneten modifizierten Kompensationsbeträge Cx', Cy', Cz' zu den Positionsbefehlen Ix, Iy, Iz addiert, die von der Positionsbefehlseinrichtung 4 zu der X-Achsen-Steuerung 11, der Y-Achsen-Steuerung 12 und der Z-Achse zu übertragen sind. Insbesondere addiert die Berechnungseinrichtung 8 für modifizierte Kompensationsbeträge den modifizierten Kompensationsbetrag Cx' zu dem Positionsbefehl Ix, den modifizierten Kompensationsbetrag Cy' zu dem Positionsbefehl Iy und den modifizierten Kompensationsbetrag Cz' zu dem Positionsbefehl Iz.
• Man beachte, dass die modifizierten Kompensationsbeträge Cx', Cy', Cz' gemäß den folgenden Gleichungen berechnet werden: $$\text{Cx'}=\text{Cx}+\text{Mx;}$$

  

  $$\text{Cy'}=\text{Cy}+\text{My;}$$

  

  und $$\text{Cz'}=\text{Cz}+\text{Mz}\text{.}$$

  
• Die X-Achsen-Steuerung 11 führt eine Rückkopplungsregelung bzw. Rückkopplungssteuerung des X-Achsen-Servomotors 55a der X-Achsen-Vorschubeinrichtung 55 gemäß dem Positionsbefehl (Ix+Cx') durch, der von der Positionsbefehlseinrichtung 4 übertragen und durch den Positionskompensator 5 kompensiert wird. Ähnlich führt die Y-Achsen-Steuerung 12 eine Rückkopplungssteuerung des Y-Achsen-Servomotors 56a der Y-Achsen-Vorschubeinrichtung 56 gemäß dem Positionsbefehl (Iy+Cy') durch, der von der Positionsbefehlseinrichtung 4 übertragen und durch den Positionskompensator 5 kompensiert wird. Des Weiteren führt die Z-Achsen-Steuerung 13 auch ähnlich eine Rückkopplungssteuerung des Z-Achsen-Servomotors 57a der Z-Achsen-Vorschubeinrichtung 57 gemäß dem Positionsbefehl (Iz+Cz') durch, der von der Positionsbefehlseinrichtung 4 übertragen und durch den Positionskompensator 5 kompensiert wird.
• Bei der numerischen Steuervorrichtung 1 nach dieser Ausführungsform mit der oben beschriebenen Konfiguration wird mit einer Verarbeitung durch ein Ausführungssignal zum Starten eines in dem Programmspeicher 2 gespeicherten Bearbeitungsprogramms begonnen, das von außen angelegt wird.
• Das heißt, wenn das Ausführungssignal von außen angelegt wird, liest der Programmanalysator 3 zunächst ein entsprechendes Bearbeitungsprogramm aus dem Bearbeitungsprogrammspeicher 2 aus und analysiert das Bearbeitungsprogramm der Reihe nach, wobei dadurch sukzessiv Operationsbefehle erkannt werden, die in dem Bearbeitungsprogramm enthalten sind. Die erkannten Operationsbefehle werden sukzessiv zu der Positionsbefehlseinrichtung 4 übertragen.
• In einem Fall, in dem die übertragenen Operationsbefehle Bewegungspositionen und Vorschubgeschwindigkeiten für die X-Achsen-Vorschubeinrichtung 55, die Y-Achsen-Vorschubeinrichtung 56 und die Z-Achsen-Vorschubeinrichtung 57 sind, generiert die Positionsbefehlseinrichtung 4 sukzessiv Positionsbefehle Ix, Iy, Iz in Bezug auf ein sogenanntes Maschinen-Koordinatensystem für dieselben und überträgt den Positionsbefehl Ix zu der X-Achsen-Steuerung 11, den Positionsbefehl Iy zu der Y-Achsen-Steuerung 12 und den Positionsbefehl Iz zu der Z-Achsen-Steuerung 13. Bei diesem Prozess liest die Positionsbefehlseinrichtung 4 eine Werkzeugversatzmenge für ein zu verwendendes Ist-Werkzeug aus dem Werkzeugversatzspeicher 58 aus und generiert die Positionsbefehle Ix, Iy, Iz unter Berücksichtigung dieser Werkzeugversatzmenge.
• Andererseits berechnet in dem Positionskompensator 5 die Kompensationsbetrag-Berechnungseinrichtung 6 Kompensationsbeträge Cx, Cy, Cz für die Positionsbefehle Ix, Iy, Iz durch Bezugnahme auf die Fehlerdaten, die in dem Fehlerdatenspeicher 10 gespeichert sind, basierend auf den Positionsbefehlen Ix, Iy, Iz, die von der Positionsbefehlseinrichtung 4 empfangen werden.
• Ferner liest die Modifikationsbetrag-Berechnungseinrichtung 7 durch Bezugnahme auf den Werkzeugversatzspeicher 9 basierend auf den Werkzeuginformationen (Informationen über das zu verwendende Werkzeug), die von der Positionsbefehlseinrichtung 4 empfangen werden, eine Versatzmenge für das zu verwendende Werkzeug aus und berechnet basierend auf der ausgelesenen Versatzmenge und den in dem Fehlerdatenspeicher 10 gespeicherten Fehlerdaten Modifikationsbeträge Mx, My, Mz für die Kompensationsbeträge Cx, Cy, Cz, die in der Kompensationsbetrag-Berechnungseinrichtung 6 berechnet werden.
• Ferner berechnet die Berechnungseinrichtung 8 für modifizierte Kompensationsbeträge modifizierte Kompensationsbeträge Cx', Cy', Cz' für die Positionsbefehle Ix, Iy, Iz basierend auf den Kompensationsbeträgen Cx, Cy, Cz, die in der Kompensationsbetrag-Berechnungseinrichtung 6 berechnet werden, und den Modifikationsbeträgen Mx, My, Mz, die in der Modifikationsbetrag-Berechnungseinrichtung 7 berechnet werden, und addiert den modifizierten Kompensationsbetrag Cx' zu dem Positionsbefehl Ix, den modifizierten Kompensationsbetrag Cy' zu dem Positionsbefehl Iy und den modifizierten Kompensationsbetrag Cz' zu dem Positionsbefehl Iz, wodurch die Positionsbefehle Ix, Iy, Iz kompensiert werden.
• Folglich führt die X-Achsen-Steuerung 11 eine Rückkopplungssteuerung des X-Achsen-Servomotors 55a gemäß dem kompensierten Positionsbefehl (Ix+Cx') durch, die Y-Achsen-Steuerung 12 eine Rückkopplungssteuerung des Y-Achsen-Servomotors 56a gemäß dem kompensierten Positionsbefehl (Iy+Cy') durch und die Z-Achsen-Steuerung 13 eine Rückkopplungssteuerung des Z-Achsen-Servomotors 57a gemäß dem kompensierten Positionsbefehl (Iz+Cz') durch.
• Bei der numerischen Steuervorrichtung 1 nach dieser Ausführungsform berechnet der Positionskompensator 5 folglich basierend auf befohlenen Positionen Ix, Iy, Iz für die X-Achsen-Vorschubeinrichtung 55, die Y-Achsen-Vorschubeinrichtung 56 und die Z-Achsen-Vorschubeinrichtung 57 und den in dem Fehlerdatenspeicher 10 gespeicherten Fehlerdaten Kompensationsbeträge Cx, Cy, Cz für die befohlenen Positionen Ix, Iy, Iz und verwendet die berechneten Kompensationsbeträge Cx, Cy, Cz zum Kompensieren der entsprechenden befohlenen Positionen Ix, Iy, Iz. Diese Kompensation kompensiert Bewegungsfehler in einem dreidimensionalen Raum der Werkzeugmaschine 50 mit hoher Genauigkeit.
• Ferner berechnet der Positionskompensator 5 basierend auf den befohlenen Positionen Ix, Iy, Iz, den in dem Fehlerdatenspeicher 10 gespeicherten Fehlerdaten und einer Werkzeugversatzmenge für eine Werkzeuglänge eines zur Bearbeitung zu verwendenden Werkzeuges Modifikationsbeträge Mx, My, Mz, die gemäß der Werkzeuglänge variieren, für die Kompensationsbeträge Cx, Cy, Cz und modifiziert die Kompensationsbeträge Cx, Cy, Cz mit den berechneten Modifikationsbeträgen Mx, My, Mz. Daher ist es möglich, einen Positionsfehler einer Werkzeugspitzenposition zu kompensieren, der gemäß einem Orientierungsfehler der Spindel 54 und der Werkzeuglänge auftritt, und daher ist es möglich, eine Positionierung der Werkzeugspitzenposition in einem dreidimensionalen Raum mit einer höheren Genauigkeit als die herkömmliche Technik zu steuern.
• Vorstehend wurde eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht darauf beschränkt und kann in anderen Arten implementiert werden.
• Beispielsweise berechnet die Kompensationsbetrag-Berechnungseinrichtung 6 in der obigen Ausführungsform Fehler einer befohlenen Position (x, y, z) unter Verwendung eines Interpolationsprozesses basierend auf Positionierungsfehlern an Gitterpunkten eines Bewegungsbereiches, der in ein gitterähnliches Muster unterteilt ist, mit einem bestimmten Intervall und berechnet Kompensationsbeträge zum Kompensieren der berechneten Fehler. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht darauf beschränkt und ein kinematisches Modell kann verwendet werden, um Fehler von dem kinematischen Modell gemäß befohlenen Positionen (x, y, z) vorherzusagen.
• Ferner sind die in dem Fehlerdatenspeicher 10 gespeicherten Fehlerdaten an sich nicht auf die oben beschriebenen Fehlerdaten beschränkt und können Daten sein, die solche Fehlerkomponenten in einer Weise enthalten, so dass dieselben extrahiert werden können, (beispielsweise Vektordaten).
• Des Weiteren ist die obige Ausführungsform zwar konfiguriert, um die Kompensationsbeträge Cx, Cy, Cz in dem Positionskompensator 5, genauer, in der Kompensationsbetrag-Berechnungseinrichtung 6 zu berechnen, aber die vorliegende Erfindung ist nicht darauf beschränkt und es ist eine Konfiguration möglich, bei der die Kompensationsbeträge Cx, Cy, Cz im Vorfeld berechnet und in einem angemessenen Speicher, wie beispielsweise der Fehlerdatenspeicher 10, gespeichert werden. Bei dieser Konfiguration ist die Kompensationsbetrag-Berechnungseinrichtung 6 nicht speziell erforderlich und beispielsweise kann die Berechnungseinrichtung 8 für modifizierte Kompensationsbeträge zum Auslesen der Kompensationsbeträge Cx, Cy, Cz, die den befohlenen Positionen Ix, Iy, Iz entsprechen, aus dem Speicher und Modifizieren der ausgelesenen Kompensationsbeträge Cx, Cy, Cz mit den Modifikationsbeträgen Mx, My, Mz konfiguriert sein, die durch die Modifikationsbetrag-Berechnungseinrichtung 7 berechnet werden.
• Bezugszeichenliste

1

Numerische Steuervorrichtung

2

Programmspeicher

3

Programmanalysator

4

Positionsbefehlseinrichtung

5

Positionskompensator

6

Kompensationsbetrag-Berechnungseinrichtung

7

Modifikationsbetrag-Berechnungseinrichtung

8

Berechnungseinrichtung für modifizierte Kompensationsbeträge

9

Werkzeugversatzspeicher

10

Fehlerdatenspeicher

11

X-Achsen-Steuerung

12

Y-Achsen-Steuerung

13

Z-Achsen-Steuerung

55

X-Achsen-Vorschubeinrichtung

55a

X-Achsen-Servomotor

56

Y-Achsen-Vorschubeinrichtung

56a

Y-Achsen-Servomotor

57

Z-Achsen-Vorschubeinrichtung

57a

Z-Achsen-Servomotor

Claims (3)

1. Numerische Steuervorrichtung zum numerischen Steuern der Vorschubachsen bei einer Werkzeugmaschine, die eine Spindel, die ein Werkzeug hält, und Vorschubachsen enthält, die Bezugsachsen entsprechen: eine Z-Achse, die sich entlang einer Achse der Spindel erstreckt, und eine X-Achse und eine Y-Achse, die zu der Z-Achse orthogonal und zueinander orthogonal sind, wobei die numerische Steuervorrichtung Folgendes aufweist: einen Fehlerdatenspeicher, der in demselben Fehlerdaten speichert, die Komponenten bezüglich Winkelfehler Eax, Eay, Eaz um die X-Achse herum in den Vorschubachsen, Winkelfehler Ebx, Eby, Ebz um die Y-Achse herum in den Vorschubachsen und Winkelfehler Ecx, Ecy, Ecz um die Z-Achse herum in den Vorschubachsen enthalten; und einen Positionskompensator, der befohlene Positionen Ix, Iy, Iz für die Vorschubachsen mit Kompensationsbeträgen Cx, Cy, Cz kompensiert, die den befohlenen Positionen Ix, Iy, Iz entsprechen, dadurch gekennzeichnet, dass der Positionskompensator ferner konfiguriert ist, um Modifikationsbeträge Mx, My, Mz für die Kompensationsbeträge Cx, Cy, Cz für die Vorschubachsen gemäß nachstehenden Gleichungen, den befohlenen Positionen Ix, Iy, Iz für die Vorschubachsen, den Fehlerdaten, die in dem Fehlerdatenspeicher gespeichert sind, und Daten über eine Werkzeuglänge eines zur Bearbeitung zu verwendenden Werkzeuges zu berechnen und die Kompensationsbeträge Cx, Cy, Cz mit den berechneten Modifikationsbeträgen Mx, My, Mz zu modifizieren, wobei die Modifikationsbeträge Mx, My, Mz gemäß der Werkzeuglänge variieren: $$\text{Mx}=-\left(\text{Ecx}+\text{Ecy}+\text{Ecz}\right)\cdot \text{Ly}+\left(\text{Ebx}+\text{Eby}+\text{Ebz}\right)\cdot \text{Lz;}$$

   

   $$\text{My}=-\left(\text{Eax}+\text{Eay}+\text{Eaz}\right)\cdot \text{Lz}+\left(\text{Ecx}+\text{Ecy}+\text{Ecz}\right)\cdot \text{Lx;}$$

   

   und $$\text{Mz}=-\left(\text{Ebx}+\text{Eby}+\text{Ebz}\right)\cdot \text{Lx}+\left(\text{Eax}+\text{Eay}+\text{Eaz}\right)\cdot \text{Ly}\text{,}$$

   

   wobei Lx, Ly und Lz Abweichungen von einer vorbestimmten Bezugsposition einer Spitzenposition eines Werkzeuges, das an der Spindel der Werkzeugmaschine angebracht ist, sind, wobei Lx eine Abweichung in einer X-Achsen-Richtung ist, Ly eine Abweichung in einer Y-Achsen-Richtung ist und Lz eine Abweichung in einer Z-Achsen-Richtung ist.
2. Numerische Steuervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass: die numerische Steuervorrichtung ferner einen Werkzeuglängen-Datenspeicher aufweist, der in demselben Daten speichert, die gemäß der Werkzeuglänge des zur Bearbeitung zu verwendenden Werkzeuges variieren; und der Werkzeugkompensator zum Berechnen der Modifikationsbeträge Mx, My, Mz basierend auf den in dem Werkzeuglängen-Datenspeicher gespeicherten Daten konfiguriert ist.
3. Numerische Steuervorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Werkzeuglängen-Datenspeicher konfiguriert ist, um in demselben eine Werkzeugversatzmenge zum Versetzen der befohlenen Positionen Ix, Iy, Iz gemäß der Werkzeuglänge zu speichern.

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